脫硫廢水是濕法煙氣脫硫吸收塔的排水, 其組成由燃煤、脫硫石灰石和脫硫系統工藝補水的組成共同決定。傳統脫硫廢水的處理以達標排放為目的, 一般采用包括中和、沉淀、絮凝的三聯(lián)箱工藝, 目標是除掉懸浮物、重金屬等主要污染物, 達到DL/T997-2006規定的出口控制水質(zhì)要求。

近年來(lái), 國家關(guān)于水污染控制的法規政策不斷趨嚴。2015年, 國務(wù)院頒布《水污染防治行動(dòng)計劃》, 強調狠抓工業(yè)污染防治。2016年, 國務(wù)院發(fā)布《控制污染物排放許可證實(shí)施方案》, 要求率先對火電和造紙行業(yè)核發(fā)排污許可證。2017年, 環(huán)保部頒發(fā)《火電廠(chǎng)污染防治技術(shù)政策》, 鼓勵電廠(chǎng)實(shí)現脫硫廢水不外排。

隨著(zhù)國家和地方環(huán)保政策的收緊, 許多電廠(chǎng)都在水污染控制方面感受到了合規性壓力, 特別是一些在環(huán)評中明確承諾廢水不外排的新建電廠(chǎng)。作為電廠(chǎng)最難處理和最主要的末端濃水, 脫硫廢水的零排放處理受到越來(lái)越多的關(guān)注, 處理工藝也在不斷演變。本文將在介紹和評述現有脫硫廢水零排放處理工藝的基礎上, 重點(diǎn)介紹和討論新型常溫結晶分鹽零排放脫硫廢水處理技術(shù)的工藝原理、技術(shù)優(yōu)勢和中試結果, 為工業(yè)應用與推廣提供參考。

1 脫硫廢水零排放工藝概述

目前脫硫廢水零排放處理有2條基本路徑, 即煙氣蒸發(fā)工藝和蒸發(fā)結晶工藝。煙氣蒸發(fā)工藝是通過(guò)霧化噴嘴將脫硫廢水噴入煙道或者旁路煙道內, 霧化后被煙氣加熱蒸發(fā)成水汽, 溶解性鹽結晶析出后隨煙塵一起被除塵器捕集, 進(jìn)入粉煤灰。

蒸發(fā)結晶工藝則是采用傳統水處理工藝, 利用蒸汽、熱水或者煙氣等熱源, 蒸發(fā)脫硫廢水, 冷凝水回用, 廢水中的溶解鹽被蒸發(fā)結晶干燥后裝袋外運進(jìn)行綜合利用或者處置, 避免產(chǎn)生二次污染。

一般認為, 在不考慮對主系統影響的情況下, 煙氣蒸發(fā)工藝的投資和運行成本較低, 而蒸發(fā)結晶工藝的投資和運行成本更高。但隨著(zhù)蒸發(fā)結晶工藝的不斷優(yōu)化, 二者之間的差距正在逐步縮小。

2 煙氣蒸發(fā)工藝

煙氣蒸發(fā)工藝分為煙道直噴工藝、旁路蒸發(fā)工藝以及衍生出來(lái)的煙氣濃縮與結晶耦合工藝等。

2.1 煙道直噴工藝

煙道直噴工藝一般旨在利用除塵器之前的低溫段煙氣余熱, 圖1是典型的煙道直噴脫硫廢水處理工藝。

圖1 煙道直噴脫硫廢水處理工藝

脫硫廢水經(jīng)過(guò)必要預處理后, 通過(guò)壓縮空氣加壓之后, 由霧化噴嘴直接噴入預熱器之后、除塵器之前的煙道內, 霧化液滴隨煙氣蒸發(fā)汽化, 結晶析出鹽塵, 一起進(jìn)入除塵器。此時(shí)煙氣溫度較低, 一般被認為是余熱利用, 對鍋爐效率幾乎沒(méi)有影響, 投資和運行成本較低。煙道直噴的風(fēng)險主要來(lái)自噴嘴堵塞、煙道腐蝕和結垢等。

2.2 旁路蒸發(fā)工藝

與煙道直噴工藝不同, 旁路蒸發(fā)工藝通過(guò)建造獨立的噴霧干燥塔來(lái)實(shí)現脫硫廢水的霧化蒸發(fā)。圖2是典型的旁路蒸發(fā)脫硫廢水處理工藝。

圖2 旁路蒸發(fā)脫硫廢水處理工藝

脫硫廢水經(jīng)必要的預處理之后, 由噴嘴從上方噴入單獨設置的噴霧干燥塔, 形成霧化液滴, 與引自預熱器前的高溫煙氣在干燥塔內相遇, 霧化液滴汽化并結晶析出鹽塵, 一起從干燥塔出口進(jìn)入預熱器后、除塵器前的煙道內。

由于設置了獨立的干燥塔, 脫硫廢水的霧化蒸發(fā)過(guò)程在干燥塔內完成, 因此主煙道的腐蝕和結垢風(fēng)險可以排除。但由于使用預熱器前高溫煙氣, 因此旁路蒸發(fā)對鍋爐的效率有一定的影響。與煙道直噴相比, 旁路蒸發(fā)的接受程度更高一些。

2.3 耦合煙氣蒸發(fā)工藝

耦合煙氣蒸發(fā)工藝旨在結合煙道直噴利用低溫煙氣余熱和旁路蒸發(fā)安全性較高的優(yōu)勢, 利用低溫煙氣旁路蒸發(fā)進(jìn)行脫硫廢水的濃縮, 利用高溫煙氣旁路蒸發(fā)進(jìn)行濃縮液的結晶。圖3是典型的煙氣濃縮與結晶耦合脫硫廢水處理工藝。

圖3 煙氣濃縮與結晶藕合脫硫廢水處理工藝

該工藝由2個(gè)旁路煙氣蒸發(fā)工藝耦合而成, 并分別設置了獨立的濃縮塔和干燥塔。濃縮塔的熱源煙氣是低溫煙氣, 引自除塵器和脫硫引風(fēng)機之后。脫硫廢水首先進(jìn)入濃縮塔, 在低溫煙氣的加熱下蒸發(fā)濃縮, 汽化后隨煙氣送回主煙道一并進(jìn)入脫硫塔。濃縮塔底部的濃縮液則被進(jìn)一步送入干燥塔完成結晶固化。干燥塔的引送風(fēng)模式和運行模式與2.2節介紹的旁路蒸發(fā)一致, 霧化結晶形成的鹽塵也被除塵器截留。

耦合煙氣蒸發(fā)工藝有效避免了主煙道的腐蝕與堵塞風(fēng)險, 對鍋爐效率的影響也更低。但使用了2個(gè)煙氣蒸發(fā)塔, 工藝比較復雜, 投資成本相對較高, 濃縮塔煙氣增壓所需要的額外能耗也不可忽視。

2.4 煙氣蒸發(fā)對鍋爐效率的影響

脫硫廢水的含鹽量與海水相當, 汽化潛熱約為2.30 kJ/g, 因此從絕對能耗看, 每蒸發(fā)1 m3脫硫廢水約相當于消耗100 kg標煤, 以發(fā)電煤耗300 g/ (kW·h) 換算, 則約相當于333 kWh的電量。

在煙氣蒸發(fā)工藝中, 以低溫煙氣作為熱源的直噴或旁路工藝可以認為是余熱利用, 對鍋爐效率基本沒(méi)有影響。而以高溫煙氣作為熱源的旁路蒸發(fā)對鍋爐效率會(huì )產(chǎn)生一定影響。以1臺1 GW機組為例, 假設脫硫廢水排量為10 m3/h, 從熱值看全水量高溫煙氣蒸發(fā)約需要每小時(shí)消耗燃煤1 000 kg, 即煤耗損失為1 g/ (kW·h) 。如果再假設高溫煙氣為300℃, 而100℃以下即為無(wú)法利用的廢熱, 則對煤耗的實(shí)際影響會(huì )稍低, 約為0.7 g/ (kW·h)。

編輯：王媛媛